Der Myokardinfarkt ist eine der wesentlichen Mortalitätsursachen in den westlichen Industrieländern. Für das Outcome der Patienten nach Myokardinfarkt ist die Größe der Infarktnarbe von prognostischer Bedeutung. Nach therapeutischer Rekanalisation des betroffenen Herzkranzgefäßes entsteht durch einen aktiven Prozess eine Myokardnarbe. Durch Perfusionsmanöver oder verschiedene Pharmaka vor und auch nach einem Infarkt lässt sich die Ausprägung der Narbe beeinflussen und die Größe der Narbe reduzieren. Zu diesen Pharmaka gehören die PDE-5-Inhibitoren, unter anderem Vardenafil. Die Signalkaskade, welche das protektive Signal vermittelt, ist nur zu Teilen erforscht. Diese Arbeit etablierte ein Modell in isolierten Rattenherzen, zeichnete eine Dosisfindungskurve des protektiven Effektes von Vardenafil und konnte unter Einsatz verschiedener Enzymblocker nachweisen, dass Vardenafil sein Signal über eine intrazelluläre NO-Erhöhung und eine Aktivierung der Proteinkinase G vermittelt. Ferner konnte dargestellt werden, dass der aus einer PDE-5-Inhibitoren-Gabe resultierende cGMP-Level-Anstieg intrazellulär ein sensibler Faktor ist und ein überschießender Anstieg eine Myokardprotektion verhindert.
Wird nach einer ischämischen Phase, in der Herzmuskelgewebe vorübergehend mit Sauerstoff und weiteren Nährstoffen pathologisch bedingt unterversorgt wird, die Durchblutung des Gewebes wiederhergestellt (Reperfusion), finden auf zellulärer Ebene komplexe Signaltransduktionsmechanismen statt, die entweder für das Gewebe schädlich sein können („Ischämie-Reperfusionsschaden“) oder das Herzmuskelgewebe vor weiteren Schädigungen schützen (Kardioprotektion). Felix et al. gaben Hinweise auf während der frühen Reperfusion freigesetzte Substanzen in post-ischämischem Effluat, die den Calciummetabolismus von isolierten adulten Rattenkardiomyozyten beeinflussen und in Folge die Kontraktilität reduzieren (Felix et al. 2001). Ziel der Arbeit war es, die Signalwege zu identifizieren, die negativ-inotrop auf isolierte Kardiomyozyten wirken, um letztendlich Rückschlüsse auf die Identität der Mediatoren im Effluat ziehen zu können. Experimentelle Vorarbeiten gaben Hinweise darauf, dass die negativ-inotropen Mediatoren des Effluates aus dem Arachidonsäure-Stoffwechsel freigesetzt werden. Daher wurde in der Arbeit die Rolle des Cyclooxygenase- und Prostaglandin-Metabolismus bei der Vermittlung des negativ-inotropen Effekts von post-ischämischem Effluat auf isolierte Kardiomyozyten untersucht. Nach 10 min globaler „stop-flow“-Ischämie wurden Herzen adulter Ratten reperfundiert und das Koronareffluat über 30 s gesammelt. Die Effekte dieses post-ischämischen Effluates auf die Zellkontraktion (systolische Zellverkürzung) und den Calciumstoffwechsel (Calciumtransienten) wurden mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie an elektrisch stimulierten, laminierten und mit Fura-2AM gefärbten adulten Rattenkardiomyozyten analysiert. Als Kontrolle wurde Effluat aus der Perfusion vor der Ischämiephase verwendet. Die vorliegende Untersuchung analysierte die Rolle der Cyclooxygenase und von Prostaglandin-Rezeptoren in der Signaltransduktion der negativ-inotropen Faktoren durch Anwendung verschiedener Inhibitoren und Antagonisten. Die Expression der Cyclooxygenase-Isoformen und der verschiedenen Prostaglandin-Rezeptoren wurde mittels Western Blot und Immunfluoreszenzfärbungen untersucht. Laminierte und mit Fura-2AM gefärbte adulte Kardiomyozyten exprimierten beide Isoformen der Cyclooxygenase. Die Expression der Stress-induzierten Cyclooxygenase-2 war in laminierten Kardiomyozyten im Vergleich zu nicht-laminierten Kardiomyozyten erhöht. Adulte Rattenherzen exprimierten auf niedrigem Level basal die Cyclooxygenase-2. Eine 10-minütige Ischämiephase führte nicht zu einer Verstärkung der Expression. Durch Vorinkubation der Zellen mit dem Cyclooxygenase-Inhibitor Indomethacin und den Cyclooxygenase-2-Inhibitoren NS-398 und Lumiracoxib wurde der negativ-inotrope Effekt von post-ischämischem Effluat auf Calciummetabolismus und Kontraktilität gehemmt. Der Cyclooxygenase-1-Inhibitor SC-560 hingegen beeinflusste die Effekte des post-ischämischen Effluates nicht. Post-ischämisches Effluat reduzierte in autonom kontrahierenden neonatalen Kardiomyozyten wie in adulten Zellen den Calciumtransienten und wirkte außerdem reprimierend auf die Schlagfrequenz. Die reduzierende Wirkung auf beide Parameter konnte durch Anwendung von Indomethacin, NS-398 und Lumiracoxib blockiert werden. Im Western Blot konnten in isolierten Kardiomyozyten Rezeptoren für Prostaglandin D (DP1 und DP2), E (EP1-EP4), I und Thromboxane nachgewiesen werden. Durch die Anwendung selektiver Prostaglandin-Rezeptor-Antagonisten konnte der Signaltransduktionsmechanismus „downstream“ der Cyclooxygenase-2 auf die Rezeptoren EP2 und EP4 eingegrenzt werden. Der Effekt von post-ischämischem Effluat ist außerdem Proteinkinase A-abhängig. Die Ergebnisse der Experimente mit dem Proteinkinase A-Inhibitor Rp-cAMPS stehen im Einklang mit den cAMP-Analysen von Lysaten adulter Kardiomyozyten, die mit post-ischämischem Effluat vorbehandelt wurden und im Vergleich zur Kontrolle eine erhöhte cAMP-Konzentration aufwiesen. Die negativ-inotrope Wirkung von post-ischämischem Effluat zeigt eine kardioprotektive Funktion der post-ischämisch freigesetzten Substanzen an. Die Wirkung des Effluates konnte durch Anwendung des Inhibitors für sarkolemmale und mitochondriale Kalium(ATP)-Kanäle Glibenclamid und des für sarkolemmale Kalium(ATP)-Kanäle selektiven Inhibitors HMR-1098 aufgehoben werden. Außerdem wurde die Wirkung des post-ischämischen Effluates auf Kardiomyozyten in extrazellulärem Milieu mit erhöhter Calciumkonzentration untersucht. Im Unterschied zur Kontrolle verminderte das post-ischämische Effluat den intrazellulären diastolischen und systolischen Calciumanstieg. Bei den Mediatoren im post-ischämischen Effluat handelt es sich vermutlich um Substanzen aus dem Arachidonsäuere-Stoffwechsel, die in isolierten Kardiomyozyten durch die Cyclooxygenase-2 umgesetzt werden und über EP2-/EP4-Rezeptoren durch die Aktivierung von sarkolemmalen Kalium(ATP)-Kanälen negativ-inotrop und kardioprotektiv wirken.
Das Herz- Kreislaufsystem ist Ziel vielfältiger medikamentöser Interventionen, wobei abhängig von therapeutischer Breite und gewünschtem Effekt des jeweiligen Arzneimittels eine für den einzelnen Patienten ideale Dosierung oft schwer zu finden bzw. vorherzusagen ist. Direkt kardial angreifende Substanzen, die oral eingenommen werden, unterliegen der Aufnahme im Darm und dem first-pass-effect in der Leber. Bei kritischen bzw. potenziell kardiotoxischen Substanzen werden zur Therapieoptimierung routinemäßig Serumspiegelbestimmungen durchgeführt. Eine intravenöse Gabe, etwa im Op. oder auf der Intensivstation macht die Wirkung vorhersagbarer, eliminiert jedoch trotzdem bei weitem nicht alle Variabilität, vor allem nicht bei schwer kranken Patienten. ABC (ATP binding cassette)-Transporter, die Substrate gegen ein Konzentrationsgefälle pumpen, können eine Ursache für individuell unterschiedliche Gewebespiegel bestimmter Arzneimittel sein. Primäres Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Vorkommens von Arzneimitteltransport im menschlichen Herzen als einer vorstellbaren Ursache einer variablen Wirkung von Arzneistoffen bei konstantem Serumspiegel. Einhergehend mit der Identifikation einzelner Transporter sollten daraufhin die Variabilität sowie regulatorische Einflussgrößen identifiziert werden, was sowohl krankheitsbedingte als auch genetische Ursachen einschließt. Da ABC-Transporter auch physiologische Substrate und somit Einfluss auf deren Wirkung haben sollte darüber hinaus geklärt werden, inwieweit eine kardiale Expression einzelner dieser Membranproteine nachgewiesen werden kann, um im Anschluss daran wiederum mit einem geeigneten Modell die Variabilität der Expression untersuchen zu können. Im Rahmen der kumulativ vorliegenden Arbeit wurden menschliche Herzgewebeproben auf Expression und Regulation von P-gp, MRP5, BCRP untersucht. Als Einflussgrößen für variable Expression wurden genetische sowie krankheitsabhängige Faktoren untersucht. Ausgehend von den Ergebnissen dieser Studien wurde im Anschluss ein Tierexperiment geplant, bei dem der Einfluss zweier Sepsismodelle auf die kardiale Transporterexpression im Mittelpunkt des Interesses stand. In Anbetracht der Vielzahl der bekannten ABC-Transporter ergeben sich entsprechende Mengen möglicher Angriffspunkte für eine individualisierte Arzneimitteltherapie, die eine Berücksichtigung von Genotyp und Krankheitszustand eines Patienten für eine möglichst ideale Dosierung zum Ziel hat. Im Rahmen der Abschätzung kardiotoxischer Nebenwirkungen in der Chemotherapie maligner Tumoren und bei der Herzinsuffizienz zeichnen sich Lösungen für die Praxis ab, bei denen ABC-Transportproteine eine Rolle spielen werden. Die Untersuchung möglicher Drug-Drug Interaktionen am Herzen, die für verschiedene Medikamente im Tierversuch bereits erfolgreich demonstriert werden konnten, wird in Zukunft an Bedeutung gewinnen, auch ohne auf spezielle individuelle Besonderheiten eingehen zu müssen. Zudem stellen Befunde zur Variabilität von Transportern körpereigener Substrate und deren Regulation im Rahmen pathologischer Ereignisse unter Umständen völlig neue therapeutische Angriffspunkte zur Verfügung. Im Hinblick auf die kardiale MRP5-Expression bleiben dafür jedoch entscheidende Fragen offen. Zwar ist die Fähigkeit von MRP5 zum Transport von cGMP unstrittig und in unserer Studie an isolierten Membranen aus menschlichen Vorhöfen auch nachgewiesen worden. Falls man MRP5 jedoch einen relevanten Beitrag zur Regulation des intrazellulären MRP5-Spiegels zugestehen möchte, müsste zuerst geklärt werden, wie sich die transportierte Menge cGMP zur in der gleichen Zeit abgebauten und synthetisierten Menge cGMP verhält. In jedem Falle können solche Untersuchungen allenfalls einen umschriebenen Beitrag zur Aufklärung der komplexen Vorgänge des Krankheitsbildes der Sepsis liefern, dessen Bedeutung im klinischen Alltag eher zunimmt. Schätzungen gehen von einem Anteil von 10% der akuten septischen Kardiomyopathie an allen Sepsistodesfällen aus. Aufgrund der immer unübersichtlicher werdenden Menge neuer Arzneimittel und therapeutisch eingesetzter Substanzen erscheint die Untersuchung auf deren jeweiliges Potenzial als Substrat für kardiale ABC-Transportproteine zwingend. Die in der vorliegenden Arbeit zusammengefassten Studien sollten Anlass dazu geben, dabei nicht nur auf oral aufgenommene, sondern auch intravenös verabreichte kardial angreifende Substanzen zu achten, deren therapeutische Breite eng bzw. deren kardiale Toxizität hoch ist. Vieles spricht dafür, dass die besprochene Problematik auch aus anästhesiologischer Sicht nicht auf interindividuelle Dosierungsunterschiede von Betablockern und Herzglykosiden als P-gp-Substraten sowie die septische Kardiomyopathie beschränkt bleiben wird.
